新型结构准直系统设计与激光束耦合分析

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA硕士学位论文MASTERTHESIS论文题目新型结构准直系统设计与激光束耦合分析学科专业光学学号201521040403作者姓名田雨指导教师杨华军教授分类号密级注1UDC学位论文新型结构准直系统设计与激光束耦合分析（题名和副题名）田雨（作者姓名）指导教师杨华军教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业光学提交论文日期2018.4论文答辩日期2018.5学位授予单位和日期电子科技大学2018年6月答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。De

2、signofaNewstructurecollimationsystemandAnalysisofLaserBeamCouplingAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaDiscipline:OpticsAuthor:YuTianSupervisor:Prof.HuajunYangSchool:SchoolofPhysicalElectronics＾＇＾独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和

3、致谢的地含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含方外，论文中不包为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。＂曰５南：日期Ｗ《年Ｌ月丨作者签名：论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文送交论文的复印件和磁的规定，有权保留并向国家有关部门或机构。本人授权电子科技大学可以将学位论文盘，允许论文被查阅和借阅、的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。）（保密的学位论文在解

4、密后应遵守此规定鋒［５：览＼导师签名作者签名：月曰曰期：年ｔ丨｜１摘要摘要半导体激光器作为空间通信中的新型光源，具有结构简单、体积小、寿命长，价格低等优点。但由于其自身结构的问题，半导体激光器的有源宽度远大于厚度，以致于在平行于结平面和垂直于结平面上的发散角极不对称，远场呈现狭长的椭圆光斑，并且还带有初始象散，光束质量差，严重影响了半导体激光器的应用。这样半导体激光器的输出光束必须要经过光学准直系统的准直整形之后才能得到实际的应用，而这种激光束的准直整形包括对半导体激光束进行准直，圆化以及固有像散的校正等。近年来，国内外的许多学者或科学家都致力于激光束准直整形技术的研究，希望

5、可以有效地提高激光束的质量以及能量利用率。自由曲面透镜透镜在准直整形系统中的出现则使得实现接近完美的准直效果变为可能，所以在本论文中提出了一种基于自由曲面透镜以及楔形透镜所设计的准直整形系统。该系统的由一个自由曲面透镜和一个楔形柱透镜组合而成。其中，自由曲面透镜的前表面被设计为一个平面，从而可以贴合在半导体激光器的表面，而后表面为自由曲面。该自由曲面透镜实现激光束的准直和初始像散的矫正。楔形柱透镜的前表面与自由曲面重合，后表面设计为一个子午面具有一定倾斜角的楔形面，所以该楔形柱透镜可以用来对快轴方向的光束进行压缩，以实现光束的椭圆—圆的整形。该新型准直整形系统可以实现完全的准直和圆化。考虑到自

6、由曲面的加工难度，我们通过优化参数计算得到一个椭球面透镜，代替自由曲面实现激光束的准直，对其准直-4效果作了分析和MATLAB仿真验证，发散角数量级最大达到10rad。光子晶体光纤较单模多模光纤等传统光纤的优势以及特性作了介绍，使用光子晶体光纤的无截止单模传输特性使得极大地提高空间光—光纤耦合的效率。对最基本的一维光子晶体光纤—布拉格光纤的耦合效率进行了分析，通过使用有限元法，计算出了光子晶体光纤的模场。根据模式匹配的理论，使用MATLAB仿真软件得出布拉格光纤的耦合效率，我们发现，当布拉格光纤的纤芯半径不同时，其耦合效率也会不同，说明通过改变纤芯或者包层的空气孔，可以达到更高的耦合效率。关键

7、词：半导体激光器，自由曲面透镜，准直整形，布拉格光纤，光纤耦合IABSTRACTABSTRACTAsanewtypeoflightsourceinspacecommunication,semiconductorlasershavetheadvantagesofsimplestructure,smallsize,longlife,andlowprice.However,duetotheproblem